Совершенствование процесса очистки бункерного вороха пшеницы в комбинированном сепараторе
На правах рукописи
ПОПОВ Антон Евгеньевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ БУНКЕРНОГО ВОРОХА ПШЕНИЦЫ В КОМБИНИРОВАННОМ СЕПАРАТОРЕ Специальность 05.20.01–Технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Воронеж 2012
Работа выполнена на кафедре «Высшая математика и теоретическая ме ханика» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный универси тет имени императора Петра I».
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Шацкий Владимир Павлович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Оробинский Владимир Иванович Кандидат технических наук Агеев Алексей Анатольевич
Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности ОАО «ВНИИКП»
Защита диссертации состоится «21» февраля 2012 г. в 12 часов на засе дании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГБОУ ВПО «Воронеж ский государственный аграрный университет имени императора Петра I» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воро нежский государственный аграрный университет имени императора Петра I».
Автореферат размещен на сайтах и http://www.vsau.ru http://www.vak.ed.gov.ru Автореферат разослан «20» января 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент И.В. Шатохин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Важнейшим звеном в единой технологической цепочке зернового производства является послеуборочная обработка и хра нение зерна. В настоящее время снижение урожайности и, как следствие, экономической эффективности зернопроизводства во многом объясняется использованием устаревших технологий послеуборочной обработки зерна и подготовки семян. Основными путями увеличения производства зерна явля ются повышение урожайности за счет использования высококачественного посевного материала и снижение потерь зерна на всех стадиях производства.
Проблема повышения качества посевного материала неразрывно связана с технологическим процессом очистки семенного материала.
Главными причинами низкого качества семян являются несвоевремен ная обработка зернового вороха, высокий уровень травмирования зерна при уборке и послеуборочной обработке, а также недостаточное выделение био логически неполноценного зерна при послеуборочной обработке.
Интенсификация процесса сепарации и получение качественного се менного материала не возможна без использования новых или модернизиро ванных сельскохозяйственных машин.
Поэтому в последнее время в нашей стране и за рубежом ведутся раз работки по внедрению новых технологических процессов и технических средств, для реализации перспективных энерго- и ресурсосберегающих тех нологий производства семян сельскохозяйственных культур.
Особенно актуальна проблема сбережения ресурсов для малых и фер мерских хозяйств.
В настоящее время существует множество способов и технических уст ройств для очистки бункерного вороха зерновых культур. Однако наиболее эффективными, в вопросе энерго- и ресурсосбережения, являются устройства в которых процесс очистки происходит под действием сил гравитации. Гра витационные машины, обладая рядом преимуществ (малые масса, габаритные размеры, установочная площадь, требуемый объем помещения, простота об служивания, способность обрабатывать зерновой материал повышенной влажности, отсутствие вибрации), могут использоваться для подготовки зерна (семян) к сушке, хранению или последующей основной очистке.
Таким образом, проблема повышения эффективности процесса сепари рования сыпучих материалов является актуальной и требует разработки пу тей ее эффективного решения.
Целью работы является повышение качества очистки бункерного во роха пшеницы.
Объект исследования: процесс разделения бункерного вороха пшени цы рабочими органами комбинированного сепаратора и устройство для его реализации.
Предмет исследования – закономерности разделения бункерного во роха пшеницы при его обработке на рабочих органах комбинированного се паратора.
Методика исследований – аналитическое исследование процесса се парации бункерного вороха пшеницы рабочими органами комбинированного сепаратора выполнены на основе математического моделирования;
экспери ментальные исследования проводили в лабораторных условиях;
результаты экспериментальных исследований обрабатывали с использованием программ Microsoft Word, Microsoft Exсel и др.
Научная новизна заключается:
– в разработке математической модели движения компонентов вороха в комбинированном сепараторе, отличающаяся учетом влияния изменения массы элемента потока и конструктивных параметров рабочих органов на перемещение вороха в процессе его обработки;
– в обосновании рациональной формы криволинейных сепарирующих поверхностей;
– в разработке технического решения для реализации процесса разде ления бункерного вороха пшеницы рабочими органами комбинированного сепаратора.
Практическая значимость:
– реализация нового технического решения – комбинированного сепа ратора для разделения семенных смесей обеспечивает качественные показа тели очистки зернового вороха, соответствующие агротехническим требова ниям;
– результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании комбинированного сепаратора.
Реализация результатов исследований. Работа выполнена согласно плану научно-исследовательских работ Воронежского ГАУ. По результатам исследований разработан, изготовлен и испытан в лабораторных условиях опытный образец комбинированного сепаратора. Отдельные результаты ис следований используются в учебном процессе студентами агроинженерного факультета Воронежского ГАУ.
Достоверность научных положений подтверждается результатами лабораторных исследований, полученных с использованием современной из мерительной аппаратуры при достаточном количестве повторностей опыта, обработкой опытных данных с использованием методов математической ста тистики и актом проверки результатов исследований в лабораторных и про изводственных условиях.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуж дены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Воронежского государственного аграрно го университета в 2005-2011 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 пе чатных работ, в их числе 3 – в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 1 патен та на полезную модель РФ, общим объемом 2,23 усл. п. л. (авторских 1, усл. п. л.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве дения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников включающего 133 наименования, из них 11 на иностранных языках и прило жений. Основная часть диссертации содержит 129 страниц компьютерного текста, включая 47 рисунков, 17 таблиц.
На защиту выносятся: математическая модель перемещения компо нентов вороха по криволинейным рабочим поверхностям комбинированного сепаратора, учитывающая изменение массы элемента вороха в процессе очи стки;
техническое решение для реализации процесса разделения бункерного вороха пшеницы рабочими органами комбинированного сепаратора;
пара метры предложенного технического решения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы, сформулированы: цель ра боты, объект и предмет исследований, научная новизна. Представлены ос новные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе «Состояние вопроса и задачи исследования» прове ден анализ исследований по совершенствованию процесса очистки бункер ного вороха пшеницы.
Анализ исследований показал, что одной из причин некачественной обработки бункерного вороха пшеницы, является несовершенство конструк ций выпускаемых серийных машин, а именно разделение по одному призна ку, поэтому для обработки необходимо использовать сочетание нескольких признаков разделения одновременно.
Вопросами связанными с совершенствованием качества очистки бун керного вороха зерновых культур занимались А.Н. Зюлин, В.И. Анискин, Г.И. Гозман, Н.Е. Авдеев, Ю.В. Чернухин, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, В.С. Быков, В.В. Кузнецов и др.
Анализ всех типов существующих сепараторов для очистки бункерного вороха зерновых культур и факторов, влияющих на повышение эффективно сти разделения смесей, позволяет сделать следующие выводы:
– Наиболее эффективным и производительным способом разделения зерновых примесей является пневмоинерционный.
– Сочетание различных физико-механических свойств для разделения смесей является перспективным направлением дальнейших разработок сепа раторов.
В качестве рабочих органов предлагается использовать решета двух типов: плоские - с клиновидными отверстиями и прутковые - криволинейной формы.
По результатам проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:
1. Обосновать принципиальную схемы комбинированного сепаратора и определить его рациональные параметры.
2. Разработать математическую модель движения компонентов вороха, учитывающую влияние изменения массы и конструктивных параметров ра бочих органов на перемещение вороха в процессе его обработки.
3. Экспериментально оценить количественные и качественные показа тели работоспособности элементов предложенной конструкции, а также про верить адекватность математической модели.
4. Обосновать и выбрать наиболее рациональные параметры предла гаемого устройства.
5. Обосновать экономическую целесообразность использования пред ложенного комбинированного сепаратора.
Во втором разделе «Теоретические исследования процесса очистки бункерного вороха пшеницы в комбинированном сепараторе» предлагается принципиальная схема обработки вороха в комбинированном сепара торе (рисунок 1). Исходный ворох из бункера 2 поступает в питающий зернопровод 3, под действием грави тационных сил движется вниз и по падает в камеру воздушной сепара ции 5. В ней из вороха нагнетатель ным воздушным потоком, создавае мым вентилятором 4, уносятся в осадочную камеру 6 легковесные компоненты.
Далее ворох попадает на рабочие органы с клиновидными отверстия ми 4 (рисунок 2). Преимуществом решет данного типа является отсут ствие эффекта заклинивания отвер стий за счет их клиновидной формы, то есть они равномерно расширяют ся от начала к окончанию (расстоя ние L1 меньше расстояния L2). Также данные рабочие органы позволяют регулировать крупность получаемых фракций. При движении по ним ос новная часть зернового материала 1 – корпус, 2 – бункер, 3 – питаю- вместе с мелкими примесями просы щий зернопровод, 4 – вентилятор, 5 пается вниз и попадает на скатную – камера воздушной сепарации, 6 – поверхность 10. Крупные примеси осадочная камера, 7 – рабочие ор- продолжают свое движение по кас ганы с клиновидными отверстиями, каду решет и попадают в материало 8, 9 – рабочие органы пруткового приемник для крупной фракции.
типа, 10, 11 – скатные поверхности, Проходовая фракция попадая на 12, 17 – каналы для вывода прохо- скатную поверхность 10 продолжает довой фракции, 13, 14, 15, 18 – ма- свое движение по ней и затем попа териалоприемники, 16 – шарнир- дает на рабочий орган второго типа ный механизм. (рисунок 3),который выполнен в ви де вогнутых, параллельно сформи Рисунок 1 – Принципиальная схема рованных прутков с заданным рас комбинированного сепаратора стоянием между ними. Прутки для Рисунок 2 – Рабочий орган с Рисунок 3 – Прутковое решето клиновидными отверстиями обеспечения параллельности по всей длине имеют крепление в 4-х точках, два по краям и два промежуточных. Промежуточное крепление осуществля ется следующим образом. Каждый из прутков крепится к металлическому основанию, причем ширина каждого усика L, данного основания, меньше диаметра прутка d, а его высота h больше расстояния между прутками l. Это сделано для исключения очагов забивания в местах крепления. Поверхность рабочих органов выполнена в виде части окружности определенного радиуса.
В результате движения по вогнутым рабочим органам очищаемый ма териал, за счет центробежной силы, сильнее прижимается к сепарирующей поверхности, при этом повышается интенсивность просеивания и исключает ся эффект отскока частиц от поверхности. Проходовая фракция просеивается через калибрующие каналы и при помощи скатных поверхностей 11 и кана лов 12 и 17 выводится из сепаратора. Сходовая фракция самотеком поступает в бункер для очищенного материала.
С целью определения рациональных параметров был применен инст румент математического моделирования. На первом этапе был смоделирован процесс воздушной очистки, происходящий на первой ступени комбиниро ванного сепаратора. Его основной целью является выделение легковесных примесей.
Схема сил и система уравнений, описывающие процесс воздушной очистки представлены на рисунке 4.
Для данной схемы сил матема тическая модель будет выглядеть сле дующим образом:
& &2 &2 & && = k п x x + y + k п ( Vпот x ) x Vп V && = k y x 2 + y 2 g Vx Fп && & y п Vy где kП – коэффициент парусно V сти, VПОТ – скорость воздушного по mg тока, g – ускорение свободного паде ния.
Начальными условиями для ре шения данной системы дифференци альных уравнений будут:
Рисунок 4 – Схема сил дейст вующих на рассматриваемый x ( 0 ) = x 0, y ( 0 ) = y 0, x ( 0 ) = 0, y ( 0 ) = v элемент вороха на первой ступе- & & ни очистки комбинированного сепаратора Из литературных источников известно что коэффициенты парусности для пшеницы равны 0,07-0,2, а для половы 0,6-4,2.
Результаты численной реализации моделирования воздушной очистки первой ступенью предлагаемого устройства представлены на рисунке 5. Пе ременные параметры – скорость воздушного потока и начальная скорость, постоянные: коэффициенты парусности Кп=0,2 для пшеницы, Кп=0,6 для по ловы. Соотношение скорости воздушного потока и начальной скорости под бирали таким образом, чтобы происходило полное разделение семян пшени цы и половы, без выноса основного материала в отходовую фракцию. Рису нок 5 начальная скорость и скорость воздушного потока: а) Vн=0,3 м/с Vп= м/с, б) Vн=0,5 м/с Vп=4,4 м/с, в) Vн=0,7 м/с Vп=4,7 м/с, г) Vн=0,9 м/с Vп=5 м/с Анализируя результаты моделирования можно сделать вывод о том, что без потерь семян основной культуры в отходы можно полностью разде лить семена пшеницы и половы. При этом рациональными будут следующие параметры: начальная скорость Vн=0,3 м/с, скорость воздушного потока Vп=4-4,5 м/с.
Разработанная компьютерная программа позволяет определить рацио нальные геометрические и технологические характеристики первой ступени очистки комбинированного сепаратора.
На втором этапе был смоделирован процесс очистки, происходящий в 3-м и 4-м блоках комбинированного сепаратора.
При рассмотрении движения элемента вороха пшеницы по поверхно сти рабочего органа приняты следующие допущения: элемент вороха в сече а) б) в) г) семена пшеницы полова Рисунок 5 – Результаты реализации моделирования воздушной очистки на входе в комбинированный сепаратор.
нии имеет круглую форму;
частицы вороха не контактируют между собой.
В данном случае на элемент потока действуют: сила тяжести mg, ре зультирующая сила реакции связи стенок канала Nрез и результирующая сила трения частицы о поверхности образующие канал Fтр (рисунок 6).
Математическая модель описывающая процесс движения элемента во роха по криволинейной сепарирующей поверхности y(x) с учетом изменения его массы имеет вид:
pe µl V2 cos && = + g cos f µ 1 + y2 x ( t ) x 2, (1) sin & x µl sin 1 + pe x (0) = x 0 ;
x (0) = v 0, & 3/ dy 2 d2y = 1 + где - радиус кривизны поверхности, dx dx V2 – квадрат скорости, y ( ) V 2 = x 2 + yx(t) x 2 = x 2 1 + yx(t), Y=f(x) 2 & & & р – коэффициент засоренно m пр = p, µ - коэффици сти Fтр N m ент сепарации, f - коэффици ент трения, l - длина участка сепарирующей поверхности, cos =, 1 + y(x) y(x) mg sin =.
x (x) 1+ y Рисунок 6 – Силы, действующие на Задав уравнение по элемент потока, движущегося по кри- верхности, мы можем опре волинейной сепарирующей поверх- делить скорость и координа ности ты участка потока в любой момент времени. Ограничи вающим фактором для реального процесса является недопущение уменьше ния скорости движения зернового потока. В таблице 1 представлены резуль таты численной реализации выражения 1.
Таблица 1 – Уравнения поверхностей Скорость, Скорость, Радиус м/с.
Уравнение поверхности м/с. (без учёта (с учётом кривизны сепарации) сепарации) 0,2*(x2+2*x) 2,52 2,75 4, 0,3*(x2+x) 2,57 2,78 3, 0,3*(x2+2*x) 3,25 3,51 5, 0,4*(x2+x) 2,67 2,88 3, 0,4*(x2+2*x) 2,73 2,95 5, 0,5*(x2+x) 3,36 3,62 4, 0,5*(х2+2*х) 2,67 2,88 6, 0,2*(х3+x) 2,42 2,64 4, 0,2*(x3+2*x) 2,82 3,05 5, 0,3*(x3+x) 2,97 3,21 3, 0,3*(x3+2*x) 3,43 3,72 5, 0,4*(x3+x) 3,07 3,32 3, (x+0,5)2+(y-35/2)2=1 4,07 4,50 1, (х+0,4)2+(y-0,69)2=0,64 3,15 3,47 0, (x+0,3)2+(y-0,5)2=0,36 2,65 2,93 0, Следующий фактор, который влияет на выбор рациональной формы сепарирующей поверхности – радиус кривизны, уменьшение которого уве личивает прижимную силу и, следовательно, улучшает процесс сепарации.
Из таблицы полученных результатов видно, что наименьшим радиусом кривизны, а, следовательно, и наибольшей прижимной силой, обладает ок ружность.
Следует также отметить, что радиус кривизны окружности - величина постоянная, в отличие от остальных уравнений поверхности, для которых эта величина является средней.
Преобразуя уравнение (1) для случая, когда рабочей поверхностью яв ляется часть сектора, получим:
V2 cos p && = + g cos f µ 1 + y2 x ( t ) x 2.
sin & x (2) µl sin p+e Длина участка сепарирующей поверхности равна:
x (t ) x0 x z0 x dz l=R = R arcsin = R arcsin 0 arcsin. (3) R R + z (t ) R x (t ) R 2 x(t) x После несложных преобразований, учитывая, что y x ( t ) = и R 2 x 2t ) ( R 1 + y 2 x ( t ) =, получим окончательное уравнение описывающее R 2 x (2t ) движение элемента потока:
V 2 f cos p R &&(t ) = g cos + sin µ x ( t ) 2. (4) & x R sin x(t ) x R x (2t ) µR arcsin 0 arcsin R p+e R Численное решение этого уравнения с начальными условиями x (0) = x 0, x (0) = v 0 позволяет определить закон движения элемента потока & по сепарирующей поверхности выполненной в форме части окружности ра диуса R.
Результаты численной реализации предложенной модели представлены на рисунке 7. На нем показана зависимость изменения скорости элемента по тока от его начальной скорости и коэффициента сепарации. Коэффициент сепарации принимали равным 0;
0.3;
0.4.
4. 4. 4. 3. 3. скорость, м/с скорость, м/с 3. 2. 2. 2. 1. 1. 1. 0 0.05 0.1 0.15 0. 0 0.05 0.1 0.15 0. время, с время, с 0,4 0,3 0,4 0,3 3. 3. 3. скорость, м/с скорость, м/с 2.75 2. 2.25 1.75 1. 1.25 0.75 0. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0. время, с время, с 0,4 0,3 0 0,4 0,3 Рисунок 7 – Графики изменения скорости элемента потока от его начальной скорости и коэффициента сепарации.
Из зависимостей, представленных на рис. 7, видно, что разница скоро сти с учетом коэффициента сепарации и без его учета составляет около 10%, что является существенным фактом и говорит о необходимости учета изме нения массы при составлении математических моделей, описывающих про цесс движения зернового вороха в сепараторах.
Результаты проведённых расчетов (таблица 1) показали, что наилуч шим вариантом является окружность радиусом 0,8 м., часть сектора /6 – ра бочая поверхность. При этом длина участка сепарирующей поверхности со ставляет приблизительно 0,4 м.
В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных иссле дований» – изложена программа экспериментальных исследований, дано описание лабораторной установки и методики проведения опытов.
В соответствии с поставленными задачами программой экспериментов было предусмотрено следующее:
– определить состава бункерного вороха пшеницы;
– определить влажность пшеницы;
– определить посевные качества пшеницы;
– определить скорости витания и коэффициенты парусности компонен тов вороха;
– определить коэффициенты сепарации рабочих органов;
– исследовать влияния величины и скорости подачи вороха на качест венные показатели процесса его сепарации через калибрующие каналы рабочих органов сепаратора;
– определить рациональное положение и количество рабочих органов сепаратора;
– определить скорости схода компонентов вороха с рабочих органов сепаратора;
– определить микротравмирование зерен пшеницы.
Процесс очистки бункерного вороха пшеницы различными типами ра бочих органов сепаратора проводили на лабораторной установке (рисунок 8).
Сменные рабочие органы представлены на рисунке 9.
1 – рама;
2 – бункер;
3 – дозирующее устройство;
4 – сменный рабочий орган;
5 – скатная поверхность;
6 – шарнирное крепление рабочего органа;
7, 8 – семясборники.
Рисунок 8 – Схема и общий вид лабораторной установки Установка была разработана и изготовлена на основании результатов теоретических исследований, представленных во 2-м разделе.
а) б) в) а) – рабочий орган с клиновидными отверстиями;
б), в) – прутковые рабо чие органы Рисунок 9 – Рабочие органы сепаратора При проведении опытов определяли: уровень микротравмирования, со став исследуемого вороха, посевные качества, потери и скорости схода ком понентов вороха.
В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментальных исследований и дан их анализ.
С целью определения рациональных параметров: начальной скорости, подачи материала и количества решет, при которых обеспечиваются наи лучшие показатели качества разделения вороха рабочими органами с клино видными отверстиями, были проведены опыты по определению влияния этих показателей на качество очистки (рисунок 10, 11, 12).
На рисунке 10 показаны результаты опытов по определению потери семян пшеницы Пс от скорости поступления Vн и удельной подачи вороха, т/ч.
а) б) Пс, % 3.5 Пс, % 1. 2. 1. 0. 0. 0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4. Vн, м/с Vн, м/с 3 т/ч 5 т/ч 7 т/ч 3 т/ч 5 т/ч 7 т/ч а) проход по 2 решетам;
б) проход по 4 решетам Рисунок 10 – Зависимость потери семян основной культуры от скорости поступления и удельной подачи вороха На рисунке 11 показаны результаты опытов по определению степени разделения крупных компонентов вороха и засоренности от скорости посту пления и удельной подачи вороха.
а) б) Еп, % 97 Зок, % 5, 4, 3, 89 2, 0.5 1.5 2.5 3.5 4. 0,5 1,5 2,5 3,5 4, Vo, м/с 3 т/ч 5 т/ч 7 т/ч 3 т/ч 5 т/ч 7 т/ч Vн, м/с а) степень разделения крупных компонентов вороха;
б) засоренность Рисунок 11 – Зависимость качественных показателей от скорости поступления и подачи зернового вороха На рисунке 12 показаны результаты опытов по определению пропуск ной способности рабочих органов с клиновидными отверстиями от скорости поступления и удельной подачи q, т/ч вороха.
Анализ полученных зави симостей позволяет сделать вы вод о том, что рациональными будут следующие показатели: V до 3м/с, подача до 5т/ч, количе ство решет 4.
Далее были проведены ана 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4. логичные исследования для ра Vн, м/с Рисунок 12 – Зависимость пропускной бочих органов пруткового типа с способности рабочих органов с кли- расстоянием между прутками новидными отверстиями от скорости 1,8мм.
поступления вороха На рисунках 13 14, 15 пока заны результаты опытов по опре делению засоренности Зок, степени разделения мелких компонентов вороха Ек от скорости поступления и удельной подачи вороха и зависимость пропу скной способности пруткового рабочего органа с расстоянием между прут ками 1,8мм, от скорости поступления вороха.
а) б) Зок, % Зок, % 3. 2. 1. 0. 0.5 1.5 2.5 3.5 4. 0.5 1.5 2.5 3.5 4. Vн, м/с Vн, м/с 5 т/ч 7 т/ч 10 т/ч 5 т/ч 7 т/ч 10 т/ч а) проход по 1 решету;
б) проход по 2 решетам Рисунок 13 – Зависимость засоренности от скорости поступления и удельной подачи вороха Ек, % 98 q, т/ч 97 96 89 0 1 2 3 4 0.5 1.5 2.5 3.5 4. Vн, м/с Vн, м/с 5 т/ч 7 т/ч 10 т/ч Рисунок 15 – Зависимость про Рисунок 14 – Зависимость сте пени разделения мелких компо- пускной способности прутково нентов вороха от скорости по- го рабочего органа от скорости ступления и подачи вороха поступления вороха Полученные зависимости позволяют сделать вывод о том, что рацио нальными будут следующие показатели: V0 до 3м/с, подача до 8т/ч, количе ство прутковых решет с расстоянием между прутками 1,8мм. – 2.
На рисунке 16 показаны результаты опытов по определению полноты разделения фуражной фракции Ек от скорости поступления Vн и удельной подачи вороха на прутковых решетах с расстоянием между прутками 2,4мм.
На рисунке 17 показаны результаты опытов по определению пропуск ной способности пруткового рабочего органа с расстоянием между прутками 2,4мм, от скорости поступления вороха от удельной подачи q и скорости по ступления Vн.
а) б) Ек, % Ек, % 42 41 40 0.5 1.5 2.5 3.5 4. 0.5 1.5 2.5 3.5 4. Vн, м/с Vн, м/с 5 т/ч 7 т/ч 10 т/ч 5 т/ч 7 т/ч 10 т/ч а) проход по 1 решету;
б) проход по 2 решетам Рисунок 16 – Зависимость полноты разделения фуражной фракции от скорости поступления и подачи вороха Полученные зависи мости позволяют сделать q, т/ч вывод о том, что рациональ ными будут следующие по казатели: V0 до 3м/с, подача до 10т/ч, количество прут ковых решет с расстоянием между прутками 2,4мм. – 2.
Исследования энергии прорастания и лабораторной всхожести, массы 1000 се 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4. Vн, м/с мян и уровню микротравми рования проводили после Рисунок 17 – Зависимость пропуск- очистки каждой ступенью ной способности пруткового рабочего ор комбинированного сепара гана с расстоянием между прутками 2,4мм, тора. Наибольший эффект от скорости поступления вороха по увеличению лаборатор ной всхожести и массы 1000 семян наблюдался после очистки на прутковых решетах с расстоянием между прутками 2,4 мм. Подтверждением этому яв ляются рисунки 18, 19 на которых изображены зависимости лабораторной всхожести и массы 1000 семян от количества проходов по прутковым реше там.
90 лабораторная в с х ож ес ть, % масса 1000 семян, г 50 1 2 3 0 1 2 пов т орнос т ь количеств о проходов И с ходный в орох 1прох од 2прох ода Рисунок 19 – Зависимость массы Рисунок 18 – Зависимость ла 1000 семян от количества проходов бораторной всхожести от ко по прутковым решетам с расстояни личества проходов по прутко ем между прутками 2,4 мм вым решетам с расстоянием между прутками 2,4 мм Данные рисунка 18 позволяют сделать вывод о том, что 1-го решета недостаточно для достижения требований ГОСТ по лабораторной всхожести, так как отдельные пробы не достигали 92 % всхожести. Однако проход по двум решетам обеспечивает достижение требуемого уровня лабораторной всхожести по ГОСТ Р 52325 – 2005.
Полученная зависимость рисунка 19 показывает, что проход по двум решетам дает существенное увеличение массы 1000семян, а начиная с третьего прохода наблюдается незначительное увеличение исследуемого по казателя. Поэтому целесообразно принять количество прутковых решет с расстоянием между прутками 2,4 мм равным 2.
Результаты по изменению микротравмирования семян пшеницы пред ставлены в таблице 2.
Таблица 2 – Изменение уровня микротравмирования После клино- После прут- После прут Исходный видных ре- ковых решет ковых решет ворох шет (1,8 мм). (2,4 мм).
Тпр, % 32,85 34,63 35,19 35, Данные таблицы 2 показывают, что основное увеличение микротрав мирования наблюдается после прохода по решетам с клиновидными отвер стиями.
На рисунке 20 представлены экспериментальные и теоретические тра ектории полета элемента потока, где H и L – соответственно вертикальная и горизонтальная координаты полета при сходе с пруткового рабочего органа с расстоянием между прутками 2,4 мм, экспериментальной ус 0. тановки.
0. Построенные зависимо 0. сти показывают, что значения, H, с м.
рассчитанные теоретически, 0. незначительно отличаются от 0. экспериментальных данных (расхождение не более 8%), 0. что объясняется влиянием взаимодействия между от 0 0.1 0.2 0. дельными элементами вороха L, см.
в процессе их движения. Такое Экспериментальная1 Экспериментальная незначительное расхождение Теоретическая Экспериментальная теоретических и эксперимен тальных значений свидетель Рисунок 20 – Сравнение теоретических ствует об адекватности разра и экспериментальных зависимостей ботанной математической мо дели.
В пятом разделе «Экономическая оценка эффективности комбиниро ванного сепаратора» – представлены результаты расчетов технико экономических показателей эффективности использования предложенного технического устройства. В качестве объекта для сравнения выбран серийно выпускаемый гравитационный сепаратор ЗГ-5.
Проведенные расчеты показали, что несмотря на несколько более вы сокие показатели, такие как прямые эксплуатационные затраты и затраты труда в проектируемом варианте, годовой экономический эффект может быть достигнут за счет более высокого качества обрабатываемого материала, при этом годовой экономический эффект от внедрения комбинированного сепаратора составляет 148,25 тыс. руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Анализ теоретических и экспериментальных исследований показал, что совершенствование процесса предварительной очистки бункерного воро ха семян пшеницы возможно за счет использования в комбинированном се параторе решет двух типов: плоских с клиновидными отверстиями и прутко вых в виде вогнутой гребенки.
2. Разработаны математические модели движения компонентов вороха по поверхности рабочих органов, учитывающие изменение массы элемента потока, а также влияние конструктивных и режимных параметров сепаратора на перемещение вороха в процессе его обработки.
3. Численная реализация модели движения по криволинейным рабочим поверхностям позволила обосновать рациональную форму сепарирующих поверхностей (дуга окружности), их количество и взаимное расположение, а также кинематические характеристики подачи вороха.
4. Выявлены рациональные значения параметров и режимов работы комбинированного сепаратора: начальная скорость Vн=0,3 м/с, скорость воз душного потока в камере воздушной очистки Vп=4-4,5 м/с, количество кли новидных решет – 4 с углом наклона 47°, удельная подача до 10 т/ч, обра зующая поверхности пруткового рабочего органа представляет часть окруж ности радиуса 0,8 м. с длиной рабочей поверхности 0,4 м., ширина калиб рующего канала 1,8мм (для выделения мелких засорителей), 2,4мм (для вы деления фуражной фракции).
5. В результате экспериментальных исследований получено, что ком бинированный сепаратор при рациональных значениях его параметров и ре жимов работы может обеспечить чистоту семян пшеницы на выходе до 99,11%. Потери семян в отходах при этом составят не более 0,5%.
6. Расчетный годовой экономический эффект от применения комбини рованного сепаратора составил 148,25 тыс. руб.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Шацкий, В.П. Выбор формы образующей линии сепарирующей по верхности / В.П. Шацкий, А.Е. Попов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. - № 10. – С.9.
2. Шацкий, В.П. Моделирование сепарирования зерна с учетом потери массы / В.П. Шацкий, А.Е. Попов, В.А. Гулевский // Механизация и электри фикация сельского хозяйства. – 2010. - № 10. – С.20 – 21.
3. Шацкий, В.П. К вопросу о конструктивных особенностях и модели ровании работы комбинированного сепаратора / В.П. Шацкий, И.В. Гридне ва, А.Е. Попов // Вестник ВГАУ, – 2011. №30 – С.33 – 35.
Изобретения и полезные модели 4. Пат. 83018 РФ МКП В 07 В 1/10 Устройство для разделения семен ных смесей/ В.П. Шацкий, А.Е. Попов. – № 2009109436/22;
Заявлен 16.03.2009;
Опубл. 20.05.2009, Бюл № 14 – 5 с.: ил.
Статьи в сборниках научных трудов и отраслевых журналах 5. Попов, А.Е. Движение по криволинейной сепарирующей поверхно сти / А.Е. Попов // Вклад молодых ученых в решение проблем аграрной нау ки. Материалы межрегиональной науч.-практ. Конференции молодых уче ных. - Воронеж. – 2005. – Ч.II. – С.215 – 217.
6. Шацкий, В.П. О математическом моделирование движения потока частиц по криволинейной поверхности с потерей массы / В.П. Шацкий, А.Е.
Попов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация техно логий, параметров оборудования и систем управления. Межвузовский сбор ник научных трудов. – Воронеж. – 2005. – Вып.10. – С.134 – 136.
7. Шацкий, В.П. Самоочищающееся сепарирующее устройство / В.П.
Шацкий, А.Е. Попов // Повышение эффективности использования, надежно сти и ремонта сельскохозяйственных машин / Сб. н. тр. / Воронежский ГАУ.
– 2005. – С.192 – 193.
8 Попов, А.Е. О вопросе моделирования потока частиц по криволиней ной сепарирующей поверхности, параболической формы, с учетом потери массы / А.Е. Попов // Международная научно-практическая конференция / Сб. н. тр. / Старооскольский технологический институт. – 2007. – Том IV – С.
43 – 45.
9. Попов, А.Е. О выборе рациональной формы решет в гравитационном сепараторе / А.Е. Попов, В.П. Шацкий // Мировой опыт и перспективы раз вития сельского хозяйства. Материалы международной конференции. – Во ронеж. – 2008. – Ч. I. – С. 226 – 228.
10. Попов, А.Е Моделирование процесса очистки зернового вороха на рабочем органе гравитационного сепаратора / А.Е. Попов, Н.Г. Спирина // Международная научно-практическая конференция преподавателей, сотруд ников и аспирантов «образование, наука, производство и управление» / Сб. н.
и н.-методических докладов / Старооскольский технологический институт. – 2009. – Том II – С. 183 – 185.
11. Попов, А.Е. К вопросу об экспериментальном обосновании техни ческих и технологических параметров комбинированного сепаратора / А.Е.
Попов // Инновационные технологии и технические средства для АПК: мате риалы всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященные 100-летию Воронежского государственного аг рарного университета им. императора Петра I – Ч. IV – Воронеж: ФГБОУ ВПО ВГАУ. – 2011. – С.116 – 121.
Гарнитура Таймс. Формат 60х801/16. Бумага кн.-журн.
Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5672.
Типография ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1.